A bolygókutatók régóta próbálják megfejteni a Mars egyik legszokatlanabb felhőjének eredetét. A csaknem kétezer kilométeresre nyúló képződményt egy új kutatás szerint ritka fizikai folyamat hozhatja létre: a vízgőz közvetlenül, porszemcsék közreműködése nélkül alakulhat jéggé.

Az Európai Űrügynökség Mars Express űrszondája 2018-ban örökítette meg a hosszú felhőt az Arsia Mons vulkán közelében. Később kiderült, hogy a vízjégből álló fehér sáv minden tavasszal és nyáron megjelenik a Mars déli féltekéjén, éppen abban az időszakban, amikor a porviharok évszaka is beköszönt.

A felhő kora reggel alakul ki a vulkán nyugati lejtőjénél, majd gyorsan növekszik, és a szél hatására nyugat felé terjeszkedik. Hossza elérheti az 1800, szélessége pedig a 150 kilométert. Néhány óra múlva elszakad keletkezési helyétől, majd fokozatosan elpárolog. Ez a ciklus hónapokon keresztül naponta megismétlődik.

A kutatókat nemcsak a felhő mérete, hanem főként a kialakulásának módja foglalkoztatta. A feltételezések szerint a vulkán domborzata módosítja a légáramlást: a levegőt felemelkedésre készteti, így az lehűl. A vízgőz ekkor kicsapódhat, és jégszemcséket alkothat. Az ilyen képződményeket orografikus felhőknek nevezik; a Földön is létrejönnek, amikor a légáramlatok hegyeket vagy vulkánokat kerülnek meg. A szokásos meteorológiai modellek azonban nem tudták kellő pontossággal visszaadni az Arsia Mons felett megfigyelt folyamatot.

A földi légkörben a jégkristályok rendszerint apró szilárd részecskéken, például poron, kormon vagy són képződnek. A vízgőz ezeken csapódik ki, majd vízcseppek vagy jégkristályok jönnek létre. A kutatók úgy vélték, hogy a Marson gyakran a légköri por tölti be ugyanezt a szerepet.

A Sorbonne Egyetem Jorge Hernández-Bernal vezette francia kutatócsoportja azonban azt feltételezte, hogy az Arsia Mons felhője másként is kialakulhat. Ha a levegő gyorsan és erősen lehűl, a vízgőzből porszemcsék nélkül is közvetlenül jégszemcsék keletkezhetnek. Ezt a folyamatot homogén jégnukleációnak nevezik.

A kutatók beépítették ezt a mechanizmust a Mars légkörének számítógépes modelljébe, majd az eredményeket összevetették a felhőről készült megfigyelésekkel. A modell szerint a homogén jégnukleáció lehetséges a vörös bolygón. Ehhez két marsi sajátosság együttes hatása teremthet megfelelő feltételeket: a ritka légkör és az Arsia Mons mintegy 19 kilométeres magassága.

Amikor a szél megkerüli a vulkánt, a domborzat erőteljes légköri hullámot kelt. Ez néhány perc alatt több kilométer magasra emeli a nedves légtömegeket. A gyors emelkedés közben a levegő hirtelen lehűl: a számítások alapján a hőmérséklete mindössze tíz perc alatt 30 fokkal csökkenhet. Eközben nő a relatív páratartalom, és a levegő erősen túltelítetté válhat vízgőzzel.

Ilyen körülmények között a jégszemcsék kristályosodási magként szolgáló porszemcsék nélkül is létrejöhetnek. A modell szerint ez a folyamat alakítja ki a rendszeresen megfigyelt, hosszan elnyúló felhőt.

A kutatók ugyanakkor hangsúlyozzák a megfigyelések és a modellezés közötti különbséget. A Mars Express felvételei alapján meg lehetett határozni a felhő alakját és méretét, valamint nyomon lehetett követni az időbeli változását. A vízgőz jéggé alakulását azonban nem figyelték meg közvetlenül. A folyamatot számítógépen szimulálták, majd a számítások eredményeit összehasonlították a tényleges felvételekkel. Ezek alapján valószínűsítik, hogy a vízgőz por és más apró részecskék közreműködése nélkül fagy meg.

Ha a javasolt mechanizmust később megerősítik, az segíthet jobban megérteni a marsi jégfelhők kialakulását, valamint azt is, hogy hasonló folyamatok végbemehetnek-e más bolygók légkörében. A kutatás eredményeit a Nature Geoscience folyóiratban közölték.